Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Типы операционных систем).pdf

Одноуровневая организация файлов организуется непрерывными сегментами. Одноуровневая система - это система, обеспечивающая работу с файлами имеющими собственное уникальное имя. В пределах пространства запоминающего устройства выделяется некоторая область для хранения данных, которая называется каталогом.

Начальный блок будет ссылаться на некий относительный адрес пространства запоминающего устройства, с которого берет своё начало файл с заданным именем. Конечный блок же блок исходя непосредственно из своего названия определяет последний блок памяти данного файла. Функция открытия файла исполняется Операционной системой при помощи нахождения в каталоге имени нужного файла и определении его с чего он берет свое начало и где заканчивается (на самом деле данные могут занимать значительно меньше места, но об этом будет сказано позже). Это действие является очень простым из общедоступных действий в операционной системе, к тому же стоит помнить о том, что каталог можно так же хранить в памяти непосредственно самой операционной системы, и тем самым обеспечить наименьшее количество обменов данных. Когда в Операционной системе создается новый файл, то он записывается на свободное место жесткого диска персонального компьютера. Аналогично каталогу имен может иметься таблица свободных пространств так называемых фрагментов данных.

Чтение, а также запись данных в операционной системе происходит почти без дополнительных обменов данными в Операционной системе, так как при открытии файла мы получаем диапазон размещения данных. Чтение поступающей информации происходит в соответствии с указанной ранее, блочной структурой данных, и никакая дополнительная информация для чтения не требуется, соответственно обмен данными внутри Операционной системы происходит очень быстро.

Разберем подробно ситуацию которая имеет место быть во время работы Операционной системы. В данном случае Операционная система может поступить по-разному. Первой реакцией Операционной системы на это действие будет то что, система оповестит пользователя о том, что нет свободного места на жестком диске, и предложит пользователю самому решать, что делать в возникшей ситуации, например, система предложит пользователю, запустить некий процесс, который перенесет файл в другое место на жестком диске и добавит нужную информацию. Этот перенос может занимать достаточно большой промежуток времени и соответственно значительно замедлять работу всей системы в целом. Второй вариант который может предложить пользователю система, это отказ в обмене данными. Это будет означать, что во время открытия файла пользователю необходимо было заранее зарезервировать дополнительное место на диске, при этом файловая система будет проверять размер свободного буфера, и если его места недостаточно, то система будет вести поиск свободного места для сохранения файла.

Пространство запоминающего устройства компьютера разделено на блоки. В общем случае, с каждым именем файла будет связан набор номеров блоков запоминающего устройства компьютера, в которых размещены данные выбранного операционной системой файла. Причем, стоит так же отметить что номера этих блоков всегда будут иметь произвольный порядок, то есть блоки могут быть разбросаны по всему устройству в произвольном порядке. При такой организационной структуре нет фрагментации файлов, хотя стоит заметить, что могут быть потери кратные блоку, это будет происходить если файлом было занят хотя бы один байт в выбранном блоке, то система будет считать, что весь блок занят. Следовательно, не возникает проблемы компрессии, и эта система может использоваться при многопользовательской организации.

В данном случае с каждым файлом будет связан набор атрибутов таких как: имя файла, имя пользователя, по исполнению заданных условий после выполнению которых будет осуществляться доступ к файлу. Такая организация позволяет уйти от уникальности имен, которая требовалась в предыдущем случае. В такой системе требуется уникальность имен лишь среди файлов одного пользователя.

Организационная структура таких файлов может быть организованна через каталог. Структура файлового каталога может быть следующая, каталог содержит строки; каждая первая строка соответствует первому блоку файловой системы. В этой же строке содержится информация о том, является ли выбранный блок свободным или занятым. После проведения проверки система делает выводы, если блок занят, то в этой строке указывается имя файла, либо же ссылка на него, имя пользователя, и может находиться дополнительная информация.

При обмене система может реагировать на этот запрос по-разному. Либо же при открытии файла система проверяет по всему каталогу и строит таблицу на основе проанализированной информации и в соответствии с логическими блоками файла, а также месту размещения на жестком диске. Либо же при каждом обмене внутри системы осуществляется поиск этого соответствия.

Данная организационная структура файловой системы является одноуровневой в рамках взаимодействия с одним пользователем, то есть все файлы связаны в группы по принадлежности к конкретному пользователю.

Все файлы файловой системы построены в файловую структуру, называемую деревом. В конце этого дерева находится, корень файловой системы. Если узел этого дерева является листом, то это файл, который может содержать данные пользователя, либо являться файловым-каталогом. Узлы дерева, которые отличаются от листа являются будут являться файлами-каталогами. Именование в такой иерархической файловой системе может происходить различными способами. Первым типом - именование файла в файловой системе относительно ближайшего каталога, то есть если мы посмотрим на файловую структуру, именуемую Иерархической.

Каталог 1

Каталог 1.1

Корневой каталог

Каталог 2

Каталог 1.2

Файл 1

Файл 1.1

Рис. 1.1 Иерархическая файловая система.

Иерархической файловой системой называется многоуровневая система структура, которой схожа с корневой ветвистой системой дерева. Рассмотрим на показанную на рисунке 1.1 систему подробнее. Как уже рассматривалось ранее в основе данной системы лежит коневой каталог всех файлов, находящихся непосредственно на жестком диске компьютера. Корневой каталог же согласно иерархической структуре делится на другие каталоги, расположенные ниже уровнем иерархии в составе системы. В корневом каталоге так же могут содержаться и отдельные фалы которым система присваивает имя и располагает ниже по иерархии чем подкаталоги. В свою же очередь в подкаталогах могут создаваться бесконечное множество каталогов и файлов связанных в общую структуру. Таким образом основным преимуществом иерархической файловой системы над другими будет четкая структура файлов в блоках внутри системы. Весомым преимуществом этой структуры над другими так же будет являться уникальные наименования файлов и соответственно возможность операционной системе быстро ориентироваться между каталогами. Правами доступа к файловому каталогу могут обладать как пользовательские файлы, так и сами каталоги. Структура этой файловой системы является отличным вариантом для организации многопользовательской работы, за счет отсутствия проблемы дублирования имен файлов, а также подобная система может очень хорошо наращиваться. Одним из немаловажных звеньев в работе файловой системы является персонификация файлов пользователей.

Персонификацией называют возможность системы производить идентификацию конкретного пользователя Операционной Системы и в соответствии с этим принимать какие-либо действия, в частности, мероприятия необходимые для защиты данных внутри системы. Рассмотрим конкретный пример. На примере операционной системы MS-DOS, рассмотрим понятие защиты информации. Так как MS-DOS являлась однопользовательской системой, со всеми вытекающими из этого последствиями для операционной системы. Соответственно следуя этому утверждению можно сделать вывод что понятие пользователя в MS-DOS отсутствовало как таковое. На основе выше изложенного можно сделать вывод что в первом поколении операционных систем к коим относится и MS-DOS не было такого понятия как защита информации, поскольку сама суть данной системы предусматривает работу с ней одного конкретного пользователя. Таким образом на основе этого можно сделать вывод что в так называемом первом уровне операционных систем отсутствовало понятие защиты информации.

Рассмотрим следующий уровень развития операционных систем к этому уровню относят системы, позволяющие регистрировать пользователей, но не представлять всех пользователей в виде единого набора неких субъектов и не связывать их друг с другом никак. Примером подобных систем могут являться некоторые операционные системы фирмы IBM PC разработанные для mainframe-компьютеров. При использовании такой одномерной персонификации пользователей обеспечиваются все функции характерные для многопользовательских операционных системах о которых говорилось ранее, но такая организация пользователей не подразумевает образования групп пользователей.

Соответственно исходя е изложенного, в структуре системы по аналогии с файловой системой, появляется иерархическая организация пользователей. То есть появляются отдельные понятия «все пользователи» а также «группа пользователей». Использования термина группа пользователей подразумевает использование реальных пользователей. Подобная иерархическая организация персонификации операционной системы влечет за собой следующие моменты. При регистрации какого-либо пользователя необходимо сначала привязать его к конкретной группе. Так как пользователи внутри системы будут объединены в группы, то появляется возможность разделения прав доступа к ресурсам пользователей. То есть конкретный пользователь может, заявить, что все его ресурсы доступны для всех пользователей, находящихся в этой группе. Использование такой схемы подразумевает под собой то что будет задействована многоуровневая структура прав доступа, то есть группы будут делится на подгруппы и т.д. в соответствии с распределением прав и возможностей. Также на сегодня существуют операционные системы примером будут служить современные версии Windows, в которых права доступа могут определяться не только описанной выше иерархической структурой, но и могут быть и более сложными, то есть права доступа можно добавлять, нарушая эту иерархию.

1.4. Конструкция Операционной Системы

Практически любая операционная система из представленных на рынке на сегодняшний день имеет понятие ядра. Ядром Операционной Системы обычно считают ее резидентную часть, то есть ту часть системы, которая не принимает участие в процессах подкачки и работает в режиме Операционной Системы. В понятие ядра будут входить базовые средства управления основными сущностями системы характерными для неё, а также может входить базовый набор программных средств, обеспечивающих управление физическими устройствами компьютера. У примеру в функции ядра, в частности, входит обработка прерываний.

Программы, которые управляют ресурсами системы, иногда называют драйверами устройств как физическими, так и логическими. К примеру, в ядро Операционной Системы должен входить драйвер оперативного запоминающего устройства - ОЗУ.

Далее, вокруг ядра будут наращиваться программы управления ресурсами вычислительной системы. Первый уровень в основном будет состоять из драйверов физических устройств. Следующий уровень системы – состоит из драйверов, управляющих логическими устройствами и так далее. Таких уровней в составе системы может быть достаточно много, но это вовсе не обязательно означает то, что все компоненты работают в режиме Операционной Системы. Многие из компонентов, которые логически достаточно удалены от ядра, могут работать в обыкновенном пользовательском режиме. Так же не обязательно, чтобы все эти компоненты системы работали в резидентном режиме. Обычно, для выполнения многих функций этого не требуется.

Одной из составных частей Операционной Системы будет являться интерфейс. Интерфейсом Операционной системы называют универсальный механизм управления любым приложением, входящим в состав системы, независимо от его назначения и предметной области. Интерфейс, это то с чем непосредственно общается пользователь при работе с Операционной Системой. Именно на неё в большинстве случаев основная масса пользователей обращает внимание при выборе Операционной Системы, - о ядре же, являющейся главной частью системы, вспоминают не сразу. Поэтому многие системы которые являлись нестабильными и ненадёжными с точки зрения ядра, как, например, Windows 95, и пользовалась успехом благодаря красивой обёртке-интерфейсу.

2. Практическая часть (Семейство Windows)

2.1.История появления первых версии Windows

Первая версия Windows была выпушена в конце 1980-х годов и после своего выхода осталась практически незамеченной пользователями. Аналогичная ситуация произошла и со следующей версией. Лишь версия Windows 3.0 которая была выпущена в 1992 году сумела пробить себе дорогу и стать «продуктом года». А в 1994 году были выпущены версии 3.1 и 3.11, стоит отметить что версия 3.11 включала такой значительный элемент, как полную поддержку мультимедиа и работу в локальной сети — потому и носила уточняющее название Windows For Workgroups, окончательно утвердившие господство Microsoft на рынке Операционных систем.